[发明专利]一种基于3D打印的同轴微流控芯片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于3D打印的同轴微流控芯片及其制备方法，包括：1)将材料A溶解于水中得到3D打印墨水；2)将设计图案导入3D打印机，设定打印参数，将打印墨水挤出到低温平台上，形成同轴微流控芯片模板；3)将PDMS预聚物和固化剂的混合物覆盖同轴微流控芯片模板，加热得到单片PDMS；4)通过氧等离子体处理和热压的方式将两片单片PDMS封接在一起，即得到同轴微流控芯片。本发明借助了3D打印的方式，实现了对同轴微流控芯片的精准设计和结构重现，且加工过程快速、便捷，具有良好的批量化生产的能力。该同轴微流控芯片可以用于制备具有生物功能的中空水凝胶纤维，在生物医学工程领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及微流控芯片的技术领域，尤其是指一种基于3D打印的同轴微流控芯片及其制备方法。

背景技术

微流控技术也被称为微全分析系统或芯片实验室系统，它作为一种新兴技术，提供了一种利用几十到几百微米的通道来精确控制小规模液体流动的新方法，从而大大降低了试剂成本。微流控芯片提供了非常高的表面积与体积比以满足快速的质量和热量运输，并且能以高通量和定量的方式收集数据。在学术研究中使用的微流控器件大多是利用基于PDMS的光刻技术制造的，研究者们可以根据实验需求灵活定制微流控芯片的尺寸大小和形状结构。传统的基于PDMS的微流控芯片的制备方式是通过紫外光照射具有特定图案的掩膜在光刻胶上形成微流控芯片模板，然后将PDMS预聚物及其固化剂按比例混合后倒在微流控芯片模板上，通过高温固化成型、脱模、氧等离子处理和封接等步骤得到所需要的具有特定结构的微流控芯片。由于PDMS具有良好的生物相容性、光学透明性和灵活性，微流控技术已经被普遍应用于生物医学工程领域。

然而传统的制备微流控芯片的光刻法虽易于实现二维图案的芯片制作，但三维结构的芯片通常涉及如光刻胶的多次旋涂、掩模的选择性曝光、上下光刻胶层的对准以及使用显影剂部分溶解光刻胶等复杂步骤，效率较低，重复性差。3D打印作为一项新兴的技术，可以通过使用打印头、喷嘴或其他装置对材料进行附加图案处理，从而将在计算机上进行的三维设计转换为实际的物理模型，为复杂3D结构的一步制造提供了一种低成本、易操作的方法。因此，3D打印技术很适合被应用到微流控芯片的制备过程中用于制造微流控芯片模板，从而取代洁净室微制造的复杂步骤，降低实验成本。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种基于3D打印的同轴微流控芯片及其制备方法，借助了3D打印的方式，实现了对同轴微流控芯片的精准设计和结构重现，且加工过程快速、便捷，具有良好的批量化生产的能力，该同轴微流控芯片可以用于制备具有生物功能的中空水凝胶纤维，在生物医学工程领域具有广阔的应用前景。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种基于3D打印的同轴微流控芯片的制备方法，包括以下步骤：

1)将材料A溶解在水中，搅拌溶解至形成透明溶液，然后倒入3D打印料筒中密封，得到3D打印墨水；

2)将设计图案导入3D打印机，调试3D打印料筒温度、挤出压力、打印层数及挤出后牵引速度，将3D打印墨水挤出到置于低温平台的基底板上得到同轴微流控芯片模板；

3)将PDMS(聚二甲基硅氧烷)预聚物和固化剂的混合物覆盖在步骤2)制备的同轴微流控芯片模板上，然后通过加热固化得到单片PDMS；

4)将步骤3)制备的单片PDMS放入氧等离子体处理机，然后对齐两片PDMS并保证其上图案重合，再通过热压将两片PDMS封接在一起，即可得到同轴微流控芯片。

在步骤1)中，所述材料A为海藻酸钠、明胶、甲基丙烯酰化明胶、羧甲基壳聚糖、胶原、透明质酸中的一种。

在步骤1)中，所述材料A与水的质量体积比为15-40w/v％。

在步骤1)中，所述材料A溶解在水中形成3D打印墨水，搅拌溶解温度为25-80℃，时间为1-12h。